什么是电子喷雾?
电子喷雾是一个voltage-driven过程由electrohydrodynamic现象,粒子是由聚合物溶液。采用这种技术通常生成的粒子直径范围在几十纳米到几个微米(50例50 nmµm)。最基本设置该技术涉及到解决方案中包含水库(通常是一个注射器)和倾斜钝针(needle-based电子喷雾),泵、高压电源和一个收集器。
电子喷雾粒子
一旦形成泰勒锥,带电液体射流喷射向收集器。收集器可以,但不限于,静止的平面板,旋转鼓,用液体像水和水库。
根据溶液粘度和溶剂特性,纳米或微粒将形成射流断裂成小滴由于库仑排斥力量和溶剂蒸发。这些粒子可以处理后处理来满足应用程序需要药物输送和封装。
喷涂过程开始时,解决方案是泵以恒定流量和一个特定的电压来创建针尖端之间的电场和收集器。液体表面电荷积累。静电斥力大于表面张力时,液体半月板是畸形的成锥形形状结构称为泰勒锥。
解决方案的影响参数
为了获得可再生的电喷射粒子,要处理的聚合物或non-polymeric解决方案需要可再生的本身。否则,non-consistent结果将获得独立的维护所有电子喷雾参数相同的批次之间。的一些关键参数维护电喷射纳米批次的一致性和微粒发展是粘度、电导率、表面张力,影响聚合物、溶剂、添加剂的选择。其他因素如固体含量测量再现性维护解决方案,和溶剂选择操纵粒子形态或满足应用需求。最后,解决方案应该很好的混合均匀的前处理。
粘度
粘度是一个关键的特性在电子喷雾的影响聚合物的分子量,以及溶液浓度和溶剂的选择。理论上,高分子量和/或溶液浓度转化为更高的粘度。溶剂与聚合物的结构有更多的互动也会导致粘度较高的解决方案。
在电子喷雾过程中,粘性较低的解决方案,在喷射形成聚合物链发生纠葛,导致在电子喷雾粒子结构形成。如果解决方案没有足够的聚合物纠葛产生粒子过程中,将生成滴,没有粒子会形成。与此同时,如果解决方案具有很高的粘度,通常通过一个技术形成的纤维电纺的。
导电率
溶剂和聚合物内容会影响整个解决方案电导率。高导电性的解决方案往往会产生小颗粒。溶剂和添加剂质量也会影响电导率的整体解决方案。这就是为什么使用相同的溶剂年级应该维护,以便再现性的解决方案。例如,一些溶剂含有添加剂或稳定剂,会影响溶液电导率,并最终sprayability。无机和有机盐和表面活性剂,可用于选择性地操作溶液电导率。当增加整体解决方案的电荷密度,电子喷雾过程中形成的射流可以优化促进颗粒粒径分布窄。
溶剂的选择
溶剂可以溶解聚合物(s)和添加剂(s),同时保持一个齐次解总是期望。理想情况下,聚合物溶液的溶剂应该完全电子喷雾过程中蒸发。否则,生成的粒子可以湿使粒子融合在一起,凝聚的。一个科学家必须牢记一些溶剂属性来避免这种non-desired缺陷。这些包括沸点、介电常数和蒸汽压力。使用低沸点的溶剂可以让它完全消失了。与此同时,如果它蒸发过快,聚合物将堵塞针头,扰乱电子喷雾过程。为了避免这种情况,可以选择溶剂蒸气压较低。粒径和表面形态也会影响沸点和蒸汽压力。一般来说,低沸点溶剂往往形成高粒径与表面很粗糙。 The opposite relation applies for vapor pressure and dielectric constant. As a quick example, polycaprolactone (PCL) particles have been able to be generated in the nanoscale when high boiling point and high conductivity solvents , like acetic acid, and microscale PCL particles formed with low boiling point solvents like dichloromethane (DCM) or methyl acetate.
表的溶剂
| 溶剂的名字 | 溶剂缩写 | 沸点(°C) | 蒸汽压在20°C(毫米汞柱) | 介电常数 | 表面张力在20°C (mN / m) | 密度在20°C (g / mL) |
| 醋酸 | AA | 118年 | 11.4 | 6.2 | 27 | 1.049 |
| 丙酮 | 王牌 | 56 | 185.5 | 21.5 | 25.2 | 0.788 |
| 氯仿 | 瑞士法郎 | 61年 | 160年 | 4.8 | 27.5 | 1.489 |
| 二氯甲烷 | 扩张型心肌病 | 40 | 353年 | 8.93 | 26.5 | 1.326 |
| N, N-Dimethylacetamide | DMAc | 166年 | 2.25 | 37.8 | 36.6 | 0.937 |
| N, N-Dimethylformamide | DMF | 152年 | 2.3 | 36.7 | 37.1 | 0.945 |
| 二甲亚砜 | DMSO溶液 | 189年 | 0.42 | 46.7 | 43.54 | 1.096 |
| 乙醇 | EtOH | 78年 | 44.63 | 24.5 | 22.1 | 0.789 |
| 乙酸乙酯 | EA | 77年 | 73年 | 6.0 | 23.9 | 0.901 |
| 甲酸 | 足总 | 101年 | 42.97 | 57.9 | 37.67 | 1.221 |
| 甘油 | 通用电气 | 290年 | 0.0002 | 13.2 | 63.4 | 1.261 |
| 己烷 | HX | 69年 | 124年 | 1.9 | 18.43 | 0.659 |
| 1,1,1,3,3,3-Hexafluoro-2-propanol | 六氟 | 58 | 120.01 | 15.7 | 14.7 | 1.596 |
| 异丙醇 | 异丙醇 | 82年 | 33 | 17.9 | 23 | 0.786 |
| 甲醇 | 甲醇 | 65年 | 126.76 | 32.7 | 22.7 | 0.791 |
| 乙酸甲酯 | 马 | 57 | 216.02 | 8.0 | 24.8 | 0.932 |
| N-Methyl-2-pyrrolidone | nMP | 202年 | 0.29 | 33.0 | 40.79 | 1.026 |
| 四氢呋喃 | 四氢呋喃 | 66年 | 127年 | 7.6 | 26.4 | 0.888 |
| 水 | W | One hundred. | 18 | 80.3 | 72.8 | 0.998 |
电子喷雾工艺参数
一次齐次和混合解决方案已经获得,可以发起电子喷雾过程。允许样品重现性,多个电子喷雾参数必须被监控,并记录,允许可再生的颗粒形态和批次一致性。这些参数是:
电压
针电压
为了启动电子喷雾过程,需要应用于电压电荷积累的针,克服表面张力。一个正电压通常应用;与此同时,负电压也可以用来启动过程。较高的正电压针通常提高了拉伸和电场,导致较小的粒径。一些研究已经看到了相反的,或者没有对粒径的影响,因为它依赖于系统处理。
集电极电压
虽然收集器通常收集接地电喷射粒子,研究人员经常使用一个相反电荷的针收集器(相反电荷相互吸引)。负电压是关键改善样品沉积,减少沉积样品宽度,妥善收集所有生成的粒子,整个喷涂室,防止由于电荷斥力。
Needle-Collector距离
Needle-to-collector距离D
Needle-to-collector距离是第二个关键因素影响电子喷雾过程中电场。获得干燥和狭窄的粒径电喷射粒子,needle-to-collector距离需要正确选择溶剂完全蒸发,库伦力正确的粒子从收集器的针。
减少needle-to-collector粒子将导致更少的旅行时间和将导致湿和凝聚粒子。
流量和注射器类型/尺寸
找到一个理想的流量能够维持一个稳定的泰勒锥是理想的和已知的解决方案相关的。增加电子喷雾过程中溶液流量通常导致最终粒径较大。如果生成一个样本注射泵,理想总是知道你的注射器材料(例如塑料、铁氟龙、和玻璃)、类型(BD塑料、汉密尔顿等),和它的直径(例如注射器柱塞位移会影响卷分发)。
收藏家
电喷射粒子可以在不同类型的收藏家收集满足应用需求。鼓收藏家在低转速通常用于收集粒子。允许使用低旋转速度来改善粒子分布在整个鼓表面,减少可能的集聚。平板集热器也使用,粒子然后刮post-electrospraying收集。使用一个贮液器(例如水)也是另一个常见的收集器。混合的液体收集器电子喷雾过程中允许防止粒子聚集。储层液体的表面张力可以调整,进一步阻止这种行为。
温度和相对湿度
监测处理温度和相对湿度(RH)是电子喷雾再现性的关键。溶剂蒸发速度和溶液粘度受温度的影响。高温粘度会降低,允许用户获得更小的微粒,射流的拉伸和溶剂可以增加蒸发更容易。相对湿度影响溶剂蒸发速度,这将影响粒子微观结构和连续sprayability。例如,如果使用低沸点溶剂在解决方案和电子喷雾低RH可能导致针堵塞。这不是理想的泰勒锥不会随着时间的推移,维护导致过程不是连续的。同时,如果使用高RH水滴可以积聚在表面的粒子会导致颗粒多孔微结构。理想的目标是优化环境条件允许一个稳定的泰勒锥,没有发生needle-clogging随着时间的推移,溶剂蒸发过程中,成功non-desired缺陷样本中遇到的。
空气流
为了提高溶剂蒸发,空气流中可以引入电子喷雾室所需的速度。这个参数,结合微负压室,更频繁地使用这些天在现场正确删除蒸发溶剂在样品处理过程中。典型的空气流动使用50到180米3/ h时不断保持温度和相对湿度在分钟。
气流也用于同轴模式,解决方案是电喷射穿过核心针和气体(例如空气和氮气)流经针。这个过程被称为气体辅助电子喷雾的加压气体艾滋病电子喷雾过程通过改善溶剂蒸发。应用热空气也是另一种被称为热空气气体辅助电子喷雾,进一步提高溶剂蒸发。第三个选项是通过使用溶剂蒸气在针与解决方案,防止针堵塞容易堵塞针在电子喷雾。
针尺寸
冲针通常用于needle-based电子喷雾。针仪表常用的是20到26 Ga(内径1.600到0.260毫米;请注意,通过在针规、内径减少),用一根针的长度0.5到2英寸。选择一个合适的内针直径是预防的关键needle-clogging由于溶剂蒸发。作为一个经验法则,低针仪(20例Ga)是更好的解决方案和高粘度,高针规(例26 Ga)更适合粘度较低的解决方案。